CN205400702U - 一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备，包括压裂车设备、地表设备、地下设备、高压管，所述压裂车设备通过高压管与地表设备连接，地下设备通过高压管与地下设备连接；所述压裂车的压裂液罐内设有压裂液，地表控制设备远程控制地表设备；所述地表设备的高压输入软管、输入旋塞阀、单向阀、输出旋塞阀、数据头、高压输出软管依次连接，所述输入旋塞阀、单向阀、输出旋塞阀、数据头固定设置在撬架上，数据头上设有安全阀8；所述地下设备设置在地热井内，地热井内自上而下在钻杆上依次设置卸荷阀、上封隔器、定压开启阀、下封隔器、底堵。该压裂设备成本低、对压力和压液要求低，占地面积小，易于操作。

Description

一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备

技术领域

本实用新型属于地质开采设备，特别涉及一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备。

背景技术

水力压裂自1947年试验成功，已逐步发展成为一项成熟的开采工艺技术，多应用于油、油气藏、煤层气藏、地热井开采等，90年代我国开始将水力压裂技术应用于石油开采，但在地热回灌的应用较少，尤其是基岩浅层地热井压裂技术和应用还没有成功实例。现有压裂改造增产技术多达数百种，针对不同热储层岩性特征，与地热增储有关的技术主要有：酸化+压裂复合技术、水力喷射射孔压裂技术、清水压裂技术。

酸化+压裂复合技术：选择需酸压热储段-下入油管及封隔器，从油管向井内注入清水，较高的注入速度使井筒内压力增高，达到克服热储层地应力和岩石张力的强度，使酸化段出现破裂形成裂缝，然后再用高压泵入酸液使裂缝酸蚀成沟槽，酸化压裂后这些沟槽仍保持张开，形成延伸远、流通能力高的渗流通道。

水力喷射射孔压裂技术：流体通过喷射工具，压能被转换成动能，高速流体冲击形成射孔通道，完成水力射孔。射流在喷射通道中形成增压。环空中泵入流体增加环空压力，喷射流体增压和环空压力的叠加超过破裂压力压开地层。

清水压裂技术：采用胶皮套封闭目标含水层顶层和底部，当达到一定压力后，套管孔在压裂泵高压作用下往岩层内注水。当天然裂缝周边岩石在压力超过“启动”压力后，剪切力使裂缝壁面产生“剪切滑移”破坏，两个裂缝粗糙面的滑动和天然微裂缝张开提高了裂缝的渗透率。停泵后，两个粗糙面阻止回到初始位置，于是由剪切产生的裂缝渗透率得到保持。

上述技术及其使用的设备存在的缺陷及不足：酸化+压裂复合技术对地层岩性有要求，地层须为碳酸盐岩或页岩，且易造成地热水水质污染；水力喷射工具与国外存在差距，普遍存在磨损，工具费用较高，所需压力大，对压裂设备要求高，适用于4000m以上的钻井，普遍用于油气田开发及地热深井开采领域。清水压裂技术用于地热深井，目前未有地热浅井压裂技术的运用实例，对钻杆、管路、压裂泵压力要求较高。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种适用于坚硬烟层、浅层地热井的压裂设备，该压裂设备成本低、对压力和压液要求低，占地面积小，易于操作。

本实用新型的技术方案是：一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备，包括压裂车设备、地表设备、地下设备、高压管，所述压裂车包括压裂液罐、压裂液、地表控制设备；所述地表设备包括高压输入软管、输入旋塞阀、单向阀、安全阀、输出旋塞阀、压力表、数据头、高压输出软管、撬架；所述地下设备包括钻杆、卸荷阀、上封隔器、定压开启阀、下封隔器、底堵；

所述压裂车设备通过高压管与地表设备连接，地下设备通过高压管与地下设备连接；

所述压裂车的压裂液罐内设有压裂液，地表控制设备远程控制地表设备；

所述地表设备的高压输入软管、输入旋塞阀、单向阀、输出旋塞阀、数据头、高压输出软管依次连接，所述输入旋塞阀、单向阀、输出旋塞阀、数据头固定设置在撬架上，数据头上设有安全阀8；

所述地下设备设置在地热井内，地热井内自上而下在钻杆上依次设置卸荷阀、上封隔器、定压开启阀、下封隔器、底堵。

进一步地，地表控制设备为计算机智能控制设备。

进一步地，所述单向阀之间安全阀采用T型接头连接。

本实用新型的优点效果是：该坚硬岩层浅层地热井压裂设备将水力压裂技术应用于浅层坚硬岩层地热井中，填补了浅层地热井压裂领域技术空白；采用清水作为回灌水源，避免了地热水的水质污染；增加地热资源开采量，可挽救一批面临热能储量衰竭的地热井，提高经济效益；设备成本较低，可操作性强，管路器具承压要求低，场地要求小，易于普及；地热资源开采量增加有助于减少化石燃料燃烧，减轻环境的负荷，具有较大环境效益。

附图说明

图1为本实用新型一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示的一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备，包括压裂车设备、地表设备、地下设备、高压管4，所述压裂车包括压裂液罐1、压裂液3、地表控制设备2；所述地表设备包括高压输入软管5、输入旋塞阀6、单向阀7、安全阀8、输出旋塞阀9、压力表10、数据头11、高压输出软管12、撬架20；所述地下设备包括钻杆13、卸荷阀14、上封隔器15、定压开启阀16、下封隔器17、底堵18；

所述压裂车设备通过高压管4与地表设备连接，地下设备通过高压管4与地下设备连接；

所述压裂车的压裂液罐1内设有压裂液3，地表控制设备2远程控制地表设备；

所述地表设备的高压输入软管5、输入旋塞阀6、单向阀7、安全阀8、输出旋塞阀9、数据头11、高压输出软管12依次连接，所述输入旋塞阀6、单向阀7、输出旋塞阀9、数据头11固定设置在撬架20上，数据头11上设有安全阀8；

所述地下设备设置在地热井19内，地热井19内自上而下在钻杆13上依次设置卸荷阀14、上封隔器15、定压开启阀16、下封隔器17、底堵18。

进一步地，地表控制设备2为计算机智能控制设备。

进一步地，所述单向阀7之间安全阀8采用T型接头连接。

本实用新型的工作原理、流程、工艺：

原理：

利用高压泵以超过地层吸液能力的排量向地层内注入高压流体，当流体压力达到或超过地热井热储应力和岩石的抗张强度时，岩石起裂并形成裂缝，不断注入液体使裂缝扩展和延伸，以提高目的层的渗透性。

流程：

地热地质调查-抽水试验-选择压裂液-视电阻率测井-选择地热井目标压裂段-安装地表压裂设备与井内器具-循环工序及试压检查-开启压力压入压裂液-地表数据观测记录-增压形成裂缝-地热井抽水试验。

工艺：

①地热地质调查：对目标地热井进行地热地质调查，内容包括：地形、地貌、地层岩性、热储岩性、断裂构造产状、水文地质条件、井位、成井时间和深度、水位埋深、单井出水量、地下水温度特征、实际开采量、水温、水质等。

②抽水试验：在压裂前需通过稳定流和非稳定流抽水试验获取地热井渗透系数、释水系数、单井涌水量、地层裂隙率等参数，对于拥有多个含水层的地热井，可在钻探施工过程中针对不同含水层进行抽水试验，分段计算水文地质参数，作为压裂效果背景参考。

③选择压裂液：根据地热井储热岩性、水化学特征选择压裂液。避免压裂对地热水资源的污染，压裂液应选择与地热水水质相近，且不与地热水发生化学反应的水源。同时考虑水源的可使用量、取水路程及经济可行性。一般选取工作区地下水、河水或自来水。

④视电阻率测井：对目标地热井进行视电阻率测井工作，确定各深度井壁破碎程度、裂隙发育程度、井径、井斜、岩性等，用以确定目标压裂段。

⑤选择目标压裂段：根据测井和取芯结果，选择靠近、平行或位于地热井主要富水层作为压裂段，压裂段上顶板和下底板要有1～3m岩层完整或较完整的井壁作为座封段。若在同一孔地热井中存在多个含水层可进行多个压裂段进行多段次压裂试验。若含水层位于钻孔底部，可将含水层上部完整井壁作为座封段，仅在上顶板设置封隔器。

⑥安装地表压裂设备与井内器具：地表压裂设备与系统流程布局依次为远程控制-压裂泵-高压管路-管汇-高压管路-井口专用水龙头-钻杆。根据井径测量结果，选择合适的封隔器半径。单层压裂采用单管路顶液、双封隔器座封。井内器具：依次下入底堵-封隔器-钻杆-定压开启阀-卸荷阀-钻杆-上封隔器-钻杆。

⑦循环工序及试压检查：压裂施工前首先要检查各台设备的工作性能，压裂封隔器在下井前主要检查两端的丝扣是否完好，胶筒表面有无破损，封隔器编号与合格证是否相符。检查泵的上水情况是否良好，管汇是否畅通，同时确定压裂液供给情况。冬季施工还要检查管线或闸阀有无冻结的现象。压裂施工中各道是连续进行的，中间不能停顿。因此要对地面管线进行试压，确保管线各个连接部位必须接牢。确定封隔器、底堵工作是否正常，钻杆及封隔器下井位置是否正确，保证在破裂压力的条件下管线安全工作。另外通过试压掌握地层吸液能力，预估破裂压力。

⑧开启压力压入压裂液。压裂液由钻杆内腔进入上、下封隔器，封隔器膨胀并贴紧井壁实现密封，随着系统压力的升高并达到某一定值时，开启阀打开，压裂液进入上、下封隔器之间与井壁的环腔内。

⑨地表数据观测记录：压裂过程中，时刻观测远程控制系统压力、流量，重点记录压力变化及起裂压裂、裂缝延伸压力值并作记录，定时检查地表压裂泵、管路运行情况。

⑩增压形成裂缝：当流体压力足以克服地层应力及岩石的抗张强度时，岩石起裂并形成初始裂缝，流体以一定的排量被压入地层，使得裂缝在岩层内延伸，实现水井与蓄水构造连通，达到增产增注的目的，见双座封定压阀开启压裂示意图1。若存在多个压裂段，则当第一压裂工作段完成后，提出井内压裂器具和钻具，按下一个压裂段和座封位置，再次下入压裂管柱和器具，按之前的方式依次进行多段压裂。

地热井抽水试验：当压裂工作结束后，对压裂井进行抽水试验，获取压裂后地热井地层渗透系数、裂隙率、单井涌水量。测量地热水温度、水质等，与压裂前背景值相比较，验证压裂结果。

以上实例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (3)

1.一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备，包括压裂车设备、地表设备、地下设备、高压管，所述压裂车包括压裂液罐、压裂液、地表控制设备；所述地表设备包括高压输入软管、输入旋塞阀、单向阀、安全阀、输出旋塞阀、压力表、数据头、高压输出软管、撬架；所述地下设备包括钻杆、卸荷阀、上封隔器、定压开启阀、下封隔器、底堵；其特征在于：所述压裂车设备通过高压管与地表设备连接，地下设备通过高压管与地下设备连接；

所述压裂车的压裂液罐内设有压裂液，地表控制设备远程控制地表设备；

所述地表设备的高压输入软管、输入旋塞阀、单向阀、输出旋塞阀、数据头、高压输出软管依次连接，所述输入旋塞阀、单向阀、输出旋塞阀、数据头固定设置在撬架上，数据头上设有安全阀；

所述地下设备设置在地热井内，地热井内自上而下在钻杆上依次设置卸荷阀、上封隔器、定压开启阀、下封隔器、底堵。

2.根据权利要求1所述的一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备，其特征在于：地表控制设备为计算机智能控制设备。

3.根据权利要求1所述的一种坚硬岩层浅层地热井压裂设备，其特征在于：所述单向阀之间安全阀采用T型接头连接。